无损检测技术及应用

1、书名：无损检测技术及应用ISBN： 978-7-111-44922-5作者：杨凤霞出版社：机械工业出版社本书配有电子课件2.1涡流检测的基本原理2.2涡流检测方法2.3涡流检测装置2.4涡流检测应用实例2.1涡流检测的基本原理1)由于导电材料不均匀会导致磁导率、电导率的不同，使涡流流通路径发生改变，导致涡流的大小、相位发生改变。2)如果被检测件存在缺陷(如表面裂纹)，则会阻碍涡流流过，因涡流只能存在于导体材料中，故会导致涡流流通路径的畸变，最终影响涡流磁场，使得涡流强度降低。2.1.1电磁感应现象2.1.2涡流及其趋肤效应2.1.3探头的阻抗分析2.1涡流检测的基本原理图2-1涡流检测的基本原

2、理1)由于导电材料不均匀会导致磁导率、电导率的不同，使涡流流通路径发生改变，导致涡流的大小、相位发生改变。2)如果被检测件存在缺陷(如表面裂纹)，则会阻碍涡流流过，因涡流只能存在于导体材料中，故会导致涡流流通路径的畸变，最终影响涡流磁场，使得涡流强度降低。图2-2涡流的强度随着离线圈距离的增大而减小2.1.1电磁感应现象图2-3奥斯特实验2.1.1电磁感应现象图2-4磁感生电现象a)磁铁穿过线圈b)导线切割磁力线2.1.1电磁感应现象1)电感生磁最著名的是奥斯特实验，如图2-3所示。2)电流可以产生磁场，反过来磁场也可以感应产生电流。2.1.2涡流及其趋肤效应1.涡流2.趋肤效应与涡流渗透深度

3、图2-5涡流2.1.2涡流及其趋肤效应图2-6趋肤效应(1)趋肤效应(Skin Effect)趋肤效应是指交变电流集中于被检测件2.1.2涡流及其趋肤效应表面的效应。(2)标准渗透深度表征涡流在导体中的趋肤程度，单位为m。图2-7透入平板导电材料的涡流2.1.2涡流及其趋肤效应图2-8涡流密度与渗透深度的关系2.1.2涡流及其趋肤效应图2-9标准渗透深度与频率的关系2.1.3探头的阻抗分析图2-10线圈耦合的等效电路2.1.3探头的阻抗分析图2-11一次线圈的等效电路2.2涡流检测方法2.2.1涡流响应的主要影响因素2.2.2涡流检测信号的相位角定义2.2.1涡流响应的主要影响因素1.检测频率

4、的影响2.电导率、磁导率的影响3.边缘效应的影响图2-12涡流的边缘效应示意图2.2.1涡流响应的主要影响因素图2-13非屏蔽探头2.2.1涡流响应的主要影响因素图2-14屏蔽探头4.提离效应的影响2.2.1涡流响应的主要影响因素图2-15提离效应的矢量变化方向2.2.2涡流检测信号的相位角定义图2-16涡流检测信号的相位角2.2.2涡流检测信号的相位角定义图2-17表面裂纹检测演示图1)取响应信号阻抗为最大值的两个点，2.2.2涡流检测信号的相位角定义如图2-16a中两个小圆点确定的位置。2)用直线连接这两个点。3)该直线与水平方向的反方向所成的夹角，即为相位角，如圆弧线所标注的角度。2.3

5、涡流检测装置2.3.1探头2.3.2涡流检测仪2.3.3涡流检测对比试样2.3.1探头1.探头主要功能(1)激励形成涡流的功能探头通以交流电建立交变磁场，靠近被检零件，使导电体激励产生涡流。(2)拾取所需信号的功能通过涡流所建立的交变磁场，检测获取被检零件质量情况的信号，并把信号送给仪器进行分析评价。2.涡流探头的特点1)同时具备激励和拾取信号两项功能。图2-18异形探头2.3.1探头2)可以根据检测对象和检测要求的不同进行相应设计和制作。3)受温度影响较小，适用于高温条件下的检测。3.探头的分类(1)按感应方式分类按照感应方式不同，探头可分为发射接收一体式探头和发射接收分离式探头。1)发射接

6、收一体式探头，如图2-19所示。2)发射接收分离式探头，如图2-20所示。图2-19发射接收一体式探头2.3.1探头图2-20发射接收分离式探头(2)按应用方式分类按照应用方式不同，2.3.1探头探头可分为外穿式探头、内穿式探头和放置式探头。图2-21外穿式探头1)外穿式探头，是将被检零件插入并通过线圈内部进行检测，如图2-21所示。2)内穿式探头，是将其插入并通过被检管材(或管道)内部进行检测的探头，如图2-22所示。2.3.1探头3)放置式探头，是将线圈放置于被检零件表面进行检测的探头，如图2-23所示。图2-22内穿式探头2.3.1探头图2-23放置式探头2.3.1探头表2-1外穿式探头

7、、内穿式探头和放置式探头的特点比较2.3.1探头图2-24涡流流动方向与缺陷方向响应敏感度的关系2.3.1探头(3)按比较方式分类按照比较方式不同，探头可分为绝对式探头、差动式探头和他比式探头。1)绝对式探头，如图2-25所示，是一种由一个同时起激励和测量作用的线圈(相当于发射接收一体式探头)或一个激励线圈和一个测量线圈(相当于发射接收分离式探头)构成，针对被检测对象某一位置的电磁特性直接进行检测，而不与被检对象的其他部位或标准试样某一部位的电磁特性进行比较检测。2)差动式探头，如图2-26所示，是一种由一个激励线圈和两个测量线圈构成，两个测量线圈相邻放置，其匝数相同、缠绕方向相反，感应电压方

8、向相反，信号来自于两个探头的响应差异(电压差)。2.3.1探头图2-25绝对式探头2.3.1探头图2-26差动式探头2.3.1探头图2-27差动式探头扫查缺陷不同位置时涡流响应的变化3)他比式探头，如图2-29所示，2.3.1探头两个参数相同、反向连接的独立线圈绕在两个骨架上，通过与参比对象电磁特性差异的比较进行检测。图2-28差动式探头、绝对2.3.1探头图2-29他比式探头2.3.2涡流检测仪1.涡流检测仪的分类图2-30涡流检测仪基本组成示意图2.涡流检测仪的组成及工作原理2.3.3涡流检测对比试样图2-31试块1.对比试样的作用2.3.3涡流检测对比试样1)建立评价被检测产品质量符合性

9、的标准，即以对比试样上人工缺陷作为判定产品质量的依据，即设置1个门槛。2)对涡流检测系统进行调试，调整设定检测参数。3)监测检测系统长时间工作的稳定性。2.对比试样的制作1)对比试样的材料特性与被检测对象必须相同或相近。2)对比试样不允许带有自然缺陷，其上人工缺陷的形式和大小尺寸应根据被检测对象在制造或使用过程中最可能产生的自然缺陷的种类、方向、位置和对产品可靠使用的影响等因素确定。2.4涡流检测应用实例2.4.1标定2.4.2典型工件的涡流检测2.4.3检测报告2.4.1标定1.检测频率的设定2.相位的设定3.增益的设定图2-32滤波作用示意图2.4.1标定4.高、低通的设定(1)滤波的作用

10、涡流检测信号是各种影响因素的综合信息，图2-32所示的信号包括缓慢变化低频信号、高频干扰信号和缺陷信号。(2)滤波器的设置如图2-33a所示，低通滤波器设置为20Hz，而高通滤波器设置为40Hz。图2-33滤波器的设置2.4.1标定(3)滤波器的使用低通滤波器的主要作用是去除高频干扰噪声。图2-34低通滤波器的作用示意图5.探头驱动参数的设定6.报警区域的选择2.4.2典型工件的涡流检测表2-2涡流检测指导书示例2.4.2典型工件的涡流检测表2-2涡流检测指导书示例2.4.2典型工件的涡流检测表2-2涡流检测指导书示例2.4.3检测报告表2-3涡流检测报告示例1.什么是电磁感应？2.什么是涡流？什么是趋肤效应？